變頻器產(chǎn)生的干擾及解決方案

采用變頻器驅(qū)動的電動機系統(tǒng)因其節(jié)能效果明顯、調(diào)節(jié)方便、維護簡單、網(wǎng)絡化等優(yōu)點而被越來越多的應用。但是，由于變頻器特殊的工作方式帶來的干擾越來越不容忽視。變頻器干擾主要有：一是變頻器中普遍使用了晶閘管或者整流二極管等非線性整流器件，其產(chǎn)生的諧波對電網(wǎng)將產(chǎn)生傳導干擾，引起電網(wǎng)電壓畸變（電壓畸變率用THDv表示，變頻器產(chǎn)生諧波引起的THDv在10~40%左右），影響電網(wǎng)的供電質(zhì)量；二是變頻器的輸出部分一般采用的是IGBT等開關(guān)器件，在輸出能量的同時將在輸出線上產(chǎn)生較強的電磁輻射干擾，影響周邊電器的正常工作。

２諧波和電磁輻射對電網(wǎng)及其它系統(tǒng)的危害

　（1）諧波使電網(wǎng)中的電器元件產(chǎn)生了附加的諧波損耗，降低了輸變電及用電設備的效率。

　（２）諧波可以通過電網(wǎng)傳導到其它的用電器，影響了許多電氣設備的正常運行，比如諧波會使變壓器產(chǎn)生機械振動，使其局部過熱，絕緣老化，壽命縮短，以至于損壞；還有傳導來的諧波會干擾電器設備內(nèi)部軟件或硬件的正常運轉(zhuǎn)。

　　（3）諧波會引起電網(wǎng)中局部的串聯(lián)或并聯(lián)諧振，從而使諧波放大。

　　（4）諧波或電磁輻射干擾會導致繼電器保護裝置的誤動作，使電氣儀表計量不準確，甚至無法正常工作。

　　（5）電磁輻射干擾使經(jīng)過變頻器輸出導線附近的控制信號、檢測信號等弱電信號受到干擾，嚴重時使系統(tǒng)無法得到正確的檢測信號，或使控制系統(tǒng)紊亂。

　　一般來講，變頻器對電網(wǎng)容量大的系統(tǒng)影響不十分明顯，這也就是諧波不被大多數(shù)用戶重視的原因。但對系統(tǒng)容量小的系統(tǒng)，諧波產(chǎn)生的干擾就不能忽視。

３有關(guān)諧波的及國家標準

　　現(xiàn)行的有關(guān)標準主要有：標準IEC61000-2-2，IEC61000-2-4，歐洲標準EN61000-3-2，EN61000-3-12，電工學會的建議標準IEEE519-1992，中國國家標準GB/T14549-93《電能質(zhì)量共用電網(wǎng)諧波》。下面分別做簡要介紹：

　　（1）標準

　　IEC61000-2-2標準適用于公用電網(wǎng)，IEC61000-2-4標準適用于廠級電網(wǎng)，這兩個標準規(guī)定了不給電網(wǎng)造成損害所允許的諧波程度，它們規(guī)定了zui大允許的電壓畸變率THDv.

　　IEC61000-2-2標準規(guī)定了電網(wǎng)公共接入點處的各次諧波電壓含有的THDv約為8%.

　　IEC61000-2-4標準分三級。*類對諧波敏感場合（如計算機、實驗室等）THDv為5%；第二類針對電網(wǎng)公共接入點和一部分廠內(nèi)接入點THDv為8%；第三類主要針對廠內(nèi)接入點THDv為10%.

　　以上兩個標準還規(guī)定了電器設備所允許產(chǎn)生諧波電流的幅值，前者主要針對16A以下，后者主要針對16A到64A.

　　IEEE519-1992標準是個建議標準，目標是將單次THDv限制在3%以下，總THDv限制在5%以下。

　　（2）國內(nèi)標準

　　GB/T14549-93中規(guī)定，公用電網(wǎng)諧波電壓（相電壓）限值為380V（220V）電網(wǎng)電壓總THDv為5%，各次諧波電壓含有率奇次為4%，偶次為2%.

　　由以上標準看來，一般單次電壓畸變率在3~6%，總電壓畸變率在5~8%的范圍內(nèi)是可以接受的。

４減少變頻器諧波對其它設備影響的方法

　　（1）增加交流/直流電抗器

　　采用交流/直流電抗器后，進線電流的THDv大約降低30%~50%，是不加電抗器諧波電流的一半左右。

　　（2）多相脈沖整流

　　在條件具備，或者要求產(chǎn)生的諧波限制在比較小的情況下，可以采用多相整流的方法。12相脈沖整流THDv大約為10%~15%，18相脈沖整流的THDv約為3%~8%，滿足EN61000-3-12和IEEE519-1992嚴格標準的要求。缺點是需要變壓器和整流器，不利于設備改造，價格較高。

　　（3）無源濾波器

　　采用無源濾波器后，滿載時進線中的THDv可降至5%~10%，滿足EN61000-3-12和IEEE519-1992的要求，技術(shù)成熟，價格適中。適用于所有負載下的THDv<30%的情況。缺點是輕載時功率因數(shù)會降低。

　　（4）輸出電抗器

　　也可以采用在變頻器到電動機之間增加交流電抗器的方法，主要目的是減少變頻器的輸出在能量傳輸過程中，線路產(chǎn)生的電磁輻射。該電抗器必須安裝在距離變頻器zui近的地方，盡量縮短與變頻器的引線距離。如果使用鎧裝電纜作為變頻器與電動機的連線時，可不使用這方法，但要做到電纜的鎧在變頻器和電動機端可靠接地，而且接地的鎧要原樣不動接地，不能扭成繩或辨，不能用其它導線延長，變頻器側(cè)要接在變頻器的地線端子上，再將變頻器接地。

５減少或削弱變頻器諧波及電磁輻射對設備干擾的方法

　　上面介紹的方法是減少變頻器工作時對外設備的影響，但并不是消除了變頻器的對外干擾，如果想進一步提高其它設備對變頻器諧波和電磁輻射的免疫能力，尤其是在變頻器（品牌不同，產(chǎn)生的干擾程度可能不一樣）干擾較嚴重的場合中常用的方法通常有以下幾種：

　　1）使用隔離變壓器

　　使用隔離變壓器主要是應對來自于電源的傳導干擾。使用具有隔離層的隔離變壓器，可以將絕大部分的傳導干擾阻隔在隔離變壓器之前。同時還可以兼有電源電壓變換的作用。隔離變壓器常用于控制系統(tǒng)中的儀表、PLC，以及其它低壓小功率用電設備的抗傳導干擾。

　　2）使用濾波模塊或組件

　　目前市場中有很多專門用于抗傳導干擾的濾波器模塊或組件，這些濾波器具有較強的抗干擾能力，同時還具有防止用電器本身的干擾傳導給電源，有些還兼有尖峰電壓吸收功能，對各類用電設備有很多好處。

　　常用的為雙孔磁芯濾波器的結(jié)構(gòu)。還有單孔磁芯的濾波器，其濾波能力較雙孔的弱些，但成本較低。

　　3）選用具有開關(guān)電源的儀表等低壓設備

　　一般開關(guān)電源的抗電源傳導干擾的能力都比較強，因為在開關(guān)電源的內(nèi)部也都采用了有關(guān)的濾波器。因此在選用控制系統(tǒng)的電源設備，或者選用控制用電器的時候，盡量采用具有開關(guān)電源類型的。

　　4）作好信號線的抗干擾

　　信號線承擔著檢測信號和控制信號的傳輸任務，毋庸置疑，信號傳輸?shù)馁|(zhì)量直接影響到整個控制系統(tǒng)的準確性、穩(wěn)定性和可靠性，因此做好信號線的抗干擾是十分必要的。

　　對于信號線上的干擾主要是來自空間的電磁輻射，有常態(tài)干擾和共模干擾兩種。

　　（1）常態(tài)干擾的抑制

　　常態(tài)干擾是指疊加在測量信號線上的干擾信號，這種干擾大多是頻率較高的交變信號，其來源一般是耦合干擾。抑制常態(tài)干擾的方法有：

　　a 在輸入回路接RC濾波器或雙T濾波器。

　　b 盡量采用雙積分式A/D轉(zhuǎn)換器，由于這種積分器工作的特點，具有一定的消除高頻干擾的作用。

　　c 將電壓信號轉(zhuǎn)換成電流信號再傳輸?shù)姆绞剑瑢τ诔B(tài)的干擾有非常強的抑制作用。

　　（2）共模干擾的抑制

　　共模干擾是指信號線上共有的干擾信號，一般是由于被測信號的接地端與控制系統(tǒng)的接地端存在一定的電位差所制，這種干擾在兩條信號線上的周期、幅值基本相等，所以采用上面的方法無法消除或抑制。對共模干擾的抑制方法如下：

　　a 采用雙差分輸入的差動放大器，這種放大器具有很高的共模抑制比。

　　b 把輸入線絞合，絞合的雙絞線能降低共模干擾，由于改變了導線電磁感應e的方向，從而使其感應互相抵消。

　　c 采用光電隔離的方法，可以消除共模干擾。

　　d 使用屏蔽線時，屏蔽層只一端接地。因為若兩端接地，由于接地電位差在屏蔽層內(nèi)會流過電流而產(chǎn)生干擾，因此只要一端接地即可防止干擾。

　　無論是為了抑制常態(tài)干擾還是抑制共模干擾，都還應該做到以下幾點：

　　（1）輸入線路要盡量短。

　　（2）配線時避免和動力線接近，信號線與動力線分開配線，把信號線放在有屏蔽的金屬管內(nèi)，或者動力線和信號線分開距離要在40cm以上。

　　（3）為了避免信號失真，對于較長距離傳輸?shù)男盘栆⒁庾杩蛊ヅ洹?/p>

　　5） 在使用以單片機、PLC、計算機等為核心的控制系統(tǒng)中，編制軟件的時候，可以適當增加對檢測信號和輸出控制部分的軟件濾波，以增強系統(tǒng)自身的抗干擾能力。

　　干擾的分布參數(shù)是很復雜的，因此在抗干擾時，應當采用適當?shù)拇胧纫紤]效果，又要考慮價格因素，還要因現(xiàn)場情況而定。采用的措施只要能解決問題即可，往往過多的抗干擾措施有可能會產(chǎn)生額外的干擾，具體情況具體解決。